POTENCIAL ELÉCTRICO
ALGUNOS CONCEPTOS:
Corriente eléctrica: Se llama así al flujo de electrones dentro de un conductor eléctrico como los metales, este fenómeno es posible cuando se conecta el conductor hacia una fuente de energía potencial eléctrica, provocándose una diferencia de potencial entre los extremos del conductor; con esto se logra excitar a los electrones localizados en el nivel energético llamado banda de valencia, pasándolos a un nivel energético superior llamado banda de conducción dentro del propio átomo; los electrones de otros átomos y así sucesivamente generándose un flujo de electrones que circula de un lugar a otro dentro del conductor.La intensidad de corriente eléctrica: Se define como el cociente de la carga eléctrica o flujo de electrones entre el tiempo.\(intensidad = \frac{carga}{tiempo}\) o \(I = \frac{Q}{t}\)
El concepto de potencia surge desde los principios de la mecánica, cuando se pretende saber que tan rápido se efectúa un trabajo, así la potencia se define como: “la rapidez con que se efectúa un trabajo con respecto al tiempo”. Esta definición se representa con la expresión \(P = \frac{w}{t}\) siendo \(P\) la potencia en watts \(\left(W\right)\), \(w\) es el trabajo expresado en Joules \(\left(J\right)\) y \(t\) el tiempo expresado en segundos \(\left(s\right)\), en donde se obtiene que \(\frac{1\ J}{1\ s}\ =\ 1\ W\), que es utilizado para medir la potencia en el sistema M. K. S.En electricidad, la potencia eléctrica se define también como “la rapidez con que se efectúa un trabajo para trasladar una carga eléctrica positiva en contra del campo eléctrico”, representado por la expresión \(P= \frac{w}{t}\), pero en este caso el trabajo \(w\) esta en función de la carga \(\left(Q\right)\) y potencial eléctricos \(\left(V\right)\) mediante la expresión \(w = Q V\), de donde se obtiene que la potencia eléctrica queda expresado por la ecuación:
\(P = \frac{Q V}{t}\)
Pero la corriente eléctrica a través del circuito esta definida como la carga \(\left(Q\right)\) por unidad de tiempo \(\left(t\right)\), es decir: \(I\ =\ \frac{Q}{t}\), al considerar esta definición, se obtiene que la potencia pueda representarse también por la ecuación:
\(\large P\ =\ I\ V\)
También la potencia eléctrica puede expresarse en función de la resistencia al considerar la Ley de Ohm dado por \(I\ =\ \fra{V}{R}\) por lo que sustituyendo variables en la ecuación \(P\ =\ I V\) se obtiene las ecuaciones:
\(P\ =\ \frac{V^2}{R}\) O bien \(P\ =\ I^2\ R\) Siendo \(V\) el voltaje, potencial o diferencia de potencial eléctrico expresado en volts. \(R\) es la resistencia expresada en ohmios \( \Omega \) y la intensidad de corriente eléctrica en amper, \(A\).EJEMPLO 1: Determinar la diferencia de potencial aplicado en las terminales de una resistencia eléctrica de \(330 \Omega\), si pasa por ésta una carga eléctrica de \(26\ C\) en \(20\ s\).Datos:\(R\ =\ 330 \Omega\) \(Q\ =\ 26\ C\)\(t\ =\ 20\ s\)Fórmulas:
\(I\ =\ \fra{Q}{t}\)
\(P\ =\ I R\)
\(P\ =\ I\ V\)Solución:
\(I\ =\ \frac{Q}{t} =\ \frac{26\ C}{20\ s}\ = 1,3\ A\)\(P\ =\ I^2R =\ (1,3\ A)^2 (330 \Omega) =\ 557,7\ W\)La diferencia de potencial se determina despejando a \(V\) de la formula de potencia.
\(V\ =\ \frac{P}{I}\ =\ \frac{557,7\ W}{1,3\ A}\ =\ 429\ V\)
EJEMPLO 2: En una resistencia de \(120 \Omega\) se disipan \(300\ W\) de potencia, determinar la corriente eléctrica en \(\ Coulomb\), \(C\) que pasa por la resistencia durante \(24\ s\).Datos:\(R=\ 120\ \Omega\) \(P=\ 300\ W\)\(t=\ 24\ s\)Fórmulas:
\(P\ =\ I^2\ R\)\(I\ =\ \frac{Q}{t}\)Se determina la corriente despejando de la ecuación de potencia:
\(I\ =\ \frac{P}{R}\ =\ \frac{300\ W}{120 \Omega}\ =\ 2,5\ A\)
PREGUNTA: Encuentre la potencia que se disipa en una resistencia de \(310\) \(\Omega\), si pasa por ésta una carga eléctrica de \(57\ C\) durante \(60\ segundos\).